Комплексный характер влияния поликарбоновых и фосфоновых кислот на кристаллизацию солей кальция и магния в динамических условиях

The influence of water-soluble organic compounds (adipic, polyaspartic and phosphonic acids) and their compositions on the crystallization of calcium and magnesium salts in dynamic conditions has been studied. It is found that the induction period of phase formation increases in the presence of polyaspartic and phosphonic acids 2.3–5.2 times in the range of their content from 0.05 to 0.2 ppm. The results of XRD and electron microscopic studies confirm the change in the phase composition and morphology of the crystalline precipitate that is formed. The dibasic carboxylic acid influence on the induction period, composition and structure of the precipitate is much less. It is established that the composition of organic acids also increases the induction period of phase formation. The complex inhibitor provides an increase in the critical supersaturation level in the system. The phosphonic and carboxyl groups of the inhibitor interact with calcium and magnesium ions and block the crystallization nuclei. When interacting with the dicarboxylic acid and polyacid adsorption on the surface of the formed crystals, the microcrystals dissolve.Исследовано влияние водорастворимых органических соединений (адипиновой, полиаспартамовой и фосфоновой кислот) и их композиций на кристаллизацию солей кальция и магния в динамических условиях. Установлено, что индукционный период фазообразования увеличивается в присутствии полиаспартамовой и фосфоновой кислот в 2,3–5,2 раза в диапазоне их содержания от 0,05 до 0,2 ppm. Результаты рентгенофазового анализа и электронно-микроскопического исследования подтверждают изменение фазового состава и морфологии образующегося кристаллического осадка. Установлено, что влияние двухосновной карбоновой кислоты на индукционный период, состав и структуру осадка значительно меньше. Определено, что композиция органических кислот также увеличивает индукционный период фазообразования. Комплексный ингибитор обеспечивает повышение уровня критического пересыщения в системе. Фосфонатные и карбоксильные группы ингибитора взаимодействуют с ионами кальция и магния, блокируют зародыши кристаллизации. При взаимодействии с дикарбоновой кислотой и адсорбцией поликислоты на поверхности образующихся кристаллов микрокристаллы растворяются

Влияние химической структуры карбоксилсодержащих полимеров на морфологию осадков и устойчивость дисперсий карбонатов

The influence of the molecular structure of carboxyl-containing polymers on their inhibitory and stabilizing effect in the precipitation processes was studied using a number of polymeric acids with different contents of carboxyl groups (X): polyacrylic acid (Mn = 5100 g-mol–1, X = 61.11 %), polymethacrylic acid (Mn = 5500 g-mol–1, X = 48.79 %), copolymer of methacrylic acid with turpentine terpene (α-pinene) (Mn = 350 g-mol–1, X = 14.54 %). It has been established that polyacid molecules slow down the process of crystal growth and recrystallization of the amorphous phase into more stable crystalline forms, which leads to a change in the morphology and structure of a carbonate precipitate. It has also been shown that polycarboxylic acids increase the colloidal stability of a mixed dispersion of carbonates and kaolin. The synergism of the stabilizing effect of mixtures of different hydrophobicity-polyacids was noted: in the presence of a mixture of polyacrylic acid with a copolymer of methacrylic acid with turpentine terpene, the stabilization effect increases 2 times compared to dispersion without additives and 1.4–1.8 times compared with individual components of the mixture. С целью изучения влияния молекулярно-структурного строения карбоксилсодержащих полимеров на их ингибирующее и стабилизирующее действие в процессах осадкообразования был исследован ряд полимерных кислот с различным содержанием карбоксильных групп (Х): полиакриловая кислота (Мn = 5100 г-моль–1, Х = 61,11 %), полиметакриловая кислота (Мn = 5500 г-моль–1, Х = 48,79 %), сополимер метакриловой кислоты с терпеном скипидара (α-пинен) (Мn = 3500 г-моль–1, Х = 14,54 %). Установлено, что введение поликислот замедляет процесс роста кристаллов и приводит к изменению морфологии и структуры осадка карбонатов в результате рекристаллизации аморфной фазы в более устойчивые кристаллические формы. Показано, что поликарбоновые кислоты повышают коллоидную стабильность смешанной дисперсии карбонатов и каолина. Отмечен синергизм стабилизирующего действия смесей поликислот с различной гидрофобностью: в присутствии смеси полиакриловой кислоты с сополимером метакриловой кислоты с терпеном скипидара стабилизационный эффект возрастает 2 раза по сравнению с дисперсией без добавок и в 1,4–1,8 раза по сравнению с индивидуальными компонентами смеси.

Влияние полиэлектролитов и поверхностно-активных веществ на устойчивость микрогетерогенных систем

It is shown that the stability of the water and salt dispersion of kaolin decreases with the introduction of a cationic polyelectrolyte and its mixtures with a surfactant. The flocculating ability of the cationic polyelectrolyte decreases with increasing content of ionic groups. An increase in flocculation in a salt medium was established with the introduction of the mixture of polyelectrolyte with an anionic surfactant, as well as with the sequential addition of components to the kaolin dispersion.Показано, что устойчивость водной и солевой дисперсии каолина уменьшается при введении катионного полиэлектролита и его смесей с поверхностно-активным веществом. Флокулирующая способность катионного полиэлектролита уменьшается с ростом содержания ионогенных групп. Установлено увеличение флокуляции в солевой среде при введении смеси полиэлектролита с анионным ПАВ, а также при последовательном добавлении компонентов в дисперсию каолина

Кристаллизация шенита из насыщенных солевых растворов

Influence of cooling and mixing rate on the process of schoenite crystallization from saturated salt solutions was investigated in laboratory conditions. It was established that as the system’s cooling rate and mixing speed increase, a significant decrease of the induction period of schoenite crystallization is observed. Fivefold increase of the cooling rate increases sizes of schoenite crystals by an average of 2.5–3.0. Mixing rate increase leads to the formation of a fine crystalline precipitate (crystal size 10−20 μm).В лабораторных условиях исследовано влияние скорости охлаждения и перемешивания на процесс кристаллизации шенита из насыщенных солевых растворов. Установлено, что по мере увеличения скорости охлаждения и скорости перемешивания системы наблюдается существенное сокращение индукционного периода кристаллизации шенита. Размер кристаллов шенита при уменьшении скорости охлаждения в 5 раз увеличивается в среднем в 2,5−3,0 раза. Увеличение скорости перемешивания приводит к образованию мелкокристаллического осадка (размер кристаллов 10−20 мкм)

Адсорбционные и флокулирующие свойства модифицированного полиакриламида в водных дисперсиях каолина

A cationic flocculant with an amide-type polymer matrix was synthesized by modifying polyacrylamide according to the Mannich reaction. The use of a modified polymer leads to an increase in the adsorption of the polymer on solid phase particles in an aqueous dispersion of kaolin, an increase in the rate of kaolin sedimentation by a factor of 1.2–1.4, and makes it possible to expand the concentration range of dispersion destabilization compared to polyacrylamide.Синтезирован катионный флокулянт с полимерной матрицей амидного типа путем модификации полиакриламида по реакции Манниха. Использование модифицированного полимера приводит к увеличению адсорбции полимера на частицах твердой фазы в водной дисперсии каолина, росту скорости осаждения каолина в 1,2–1,4 раза и позволяет расширить концентрационную область дестабилизации дисперсии по сравнению с полиакриламидом

Получение сополимеров терпенов с метакриловой кислотой и их влияние на устойчивость неорганических дисперсий в присутствии катионных поверхностно-активных веществ

Copolymers of methacrylic acid and natural terpene monomers (α-pinene; β-pinene; ∆3-karene) with the molecular weight of (0.3–0.5)∙104 and a content of carboxyl groups of 14.5–16.3 % were synthesized. For the synthesized copolymers, hydrodynamic radius and the Kuhn segment, which characterizes flexibility of a polymer chain, were determined, as well as the Huggins constant in aqueous and saline solutions, and concentration regions for formation of supramolecular structures. In the presence of a cationic surfactant (benzetonium chloride, Hyamine), depending on the concentration of copolymers in the system, polymer-surfactant complexes were formed in soluble and insoluble forms. It has been shown that the effectiveness of the stabilizing action of soluble complexes with respect to an aqueous dispersion of calcium carbonate increases with an increase in the content of nonpolar groups in the polymer chain. A cationic surfactant (Hyamine) has been proposed as a precipitant in the method for the quantitative determination of carboxyl-containing polymers in aqueous and saline media. Синтезированы сополимеры на основе метакриловой кислоты и природных терпеновых мономеров (α-пинен, β-пинен, ∆3-карен) с молекулярной массой (0,3–0,5)∙104 и содержанием карбоксильных групп 14,5–16,3 %. Для синтезированных сополимеров определены гидродинамический радиус и сегмент Куна, характеризующий гибкость полимерной цепи, константа Хаггинса в водном и солевом растворах, концентрационные области формирования надмолекулярных структур. В присутствии катионного ПАВ (бензетония хлорид, Hyamine) в зависимости от концентрации сополимеров в системе образуются комплексы «полимер–ПАВ» в растворимой и нерастворимой формах. Показано, что эффективность стабилизирующего действия растворимых комплексов в отношении водной дисперсии карбоната кальция возрастает с увеличением содержания неполярных групп в полимерной цепи. Катионный ПАВ (Hyamine) предложен в качестве осадителя в методе количественного определения карбоксилсодержащих полимеров в водной и солевой средах.

Гидродинамические и адсорбционные свойства анионных сополимеров акриламида в водно-солевых средах

Rheological properties and concentration cross-overs of anionic acrylamide copolymers in saline solutions (potassium chloride) were investigated by using capillary viscometer method. Area of non-overlapping coils between the crossover concentration and the concentration of fluctuation mesh formation was determined; it was shown that with increase of salt concentration this area practically disappears, i.e. mass transfer mechanism changes near the crossover concentration. It was shown that at low concentrations of potassium chloride increasing the content of ionic groups of macromolecules leads to reduction in the crossover concentration and increase in the effective volume. It is found that the kaolin adsorption capacity decreases when polymers are adsorbed from saline solution, and the adsorption constant is significantly higher in the presence of salt than in water.Методом капиллярной вискозиметрии изучены реологические свойства и концентрационные переходы анионных сополимеров акриламида в солевых растворах (хлорид калия). Определена область неперекрывающихся клубков между концентрацией кроссовера и концентрацией образования флуктуационной сетки зацеплений и показано, что с увеличением концентрации соли эта область практически исчезает, то есть изменение механизма массопереноса происходит вблизи концентрации кроссовера. Установлено, что при низких концентрациях хлорида калия увеличение содержания ионогенных групп в макромолекулах приводит к повышению эффективного объема и снижению концентрации кроссовера. Отмечено снижение адсорбционной емкости каолина при адсорбции полимеров из солевого раствора, при этом константа адсорбции значительно выше в присутствии соли, чем в воде

Структурно-реологические свойства систем на основе полимерных гидрогелей и анионных поверхностно-активных веществ

The effect of sodium dodecyl sulfate and sodium oleate on the structural-rheological properties of a dispersed hydrogel based on polyacrylic acid was studied. It was shown that the viscosity of hydrogel compositions with surfactants is higher than the viscosity of the individual components and increases with increasing temperature from 20 to 40 °C. Compositions with sodium oleate are non-Newton liquids and exhibit thixotropic properties.Изучено влияние додецилсульфата натрия и олеата натрия на структурно-реологические свойства диспергированного гидрогеля на основе полиакриловой кислоты. Показано, что вязкость композиций гидрогеля с поверхностно-активными веществами выше вязкости отдельных компонентов и увеличивается при повышении температуры от 20 до 40 °С. Композиции с олеатом натрия относятся к неньютоновским жидкостям и проявляют тиксотропные свойства

Полиакриламидные флокулянты в процессах фазового разделения солевых дисперсий минеральных руд

The features of clay-saline (potassium and sodium chlorides) dispersions flocculation using polyacrylamide and its cationic and anionic copolymers are described, including the effect of flocculant concentration, solid concentration in dispersion, method of polymer dissolution in water or saline solution on the sedimentation rate and flocculation density. It is shown that polyacrylamide has the highest flocculating ability towards clay-saline dispersion, and cationic copolymers – the lowest effect. It is shown that in concentrated clay dispersions flocculation starts at lower flocculant dose rate and occurs in a narrow range of polymer concentrations. The sedimentation rate of clay in salt dispersion increases by 15–20% with the introduction of flocculant in two stages, and by 50% times – with consequent dosing of cationic and anionic flocculant. It is also stated that polymer solutions prepared using concentrated salt solutions of potassium and sodium chlorides provide a higher efficiency of clay flocculation in comparison with solutions of polymers prepared in water.Описаны особенности флокуляции солевых (хлориды калия и натрия) дисперсий глины полиакриламидом, катионными и анионными сополимерами акриламида, включая влияние содержания флокулянта, концентрации твердой фазы в дисперсии, способа растворения полимеров в воде или солевом растворе на скорость осаждения и плотность флокул. Установлено, что наибольшей флокулирующей способностью по отношению к глинисто-солевой дисперсии обладает полиакриламид, наименьшей – катионные сополимеры. Показано, что в концентрированных дисперсиях глины флокуляция начинается при более низком содержании флокулянта и происходит в узком интервале концентраций полимера. Скорость осаждения глины в солевой дисперсии увеличивается на 15−20 % при введении флокулянта в две стадии, возрастает в 1,5 раза при поочередном введении катионного, затем анионного флокулянта. Отмечено, что растворы полимеров, приготовленные с использованием концентрированных солевых растворов хлоридов калия и натрия, обеспечивают более высокую эффективность флокуляции глины по сравнению с растворами полимеров, приготовленными на воде

Адсорбционные и флокулирующие свойства бинарной системы на основе (со)полимеров акриламида и низкомолекулярных аминосодержащих ПАВ в солевой среде

The process of flocculation of a calcium-magnesium solid phase formed in an aqueous-salt solution with the introduction of calcium-containing precipitants using polyacrylamide, cationic and anionic acrylamide copolymers was studied. With the introduction of polymers, an increase in the dispersion settling rate was observed in the concentration range of 0.5–3.0 mg/g, to a greater extent for the anionic copolymer. In the presence of an amine-containing surfactant, the sedimentation rate increased with the introduction of polymers by a factor of 1.1–1.3 compared to dispersions without surfactants. Using an anionic copolymer as an example, it was shown that the adsorption of amine and the sedimentation rate of dispersion increase with the increase of the polymer molecular weight. It was found that the concentration of the anionic copolymer and the pH of the medium also influence the adsorption of amine. Based on the obtained data, an effective method of water-salt solutions purification from amine-containing surfactants and magnesium salts (purification degree 99.5–99.8 %) that can be used at mining and processing enterprises was developed.Изучен процесс флокуляции кальций-магниевой твердой фазы, формирующейся в водно-солевом растворе при введении кальцийсодержащих осадителей, с использованием полиакриламида, катионного и анионного сополимеров акриламида. При введении полимеров наблюдается рост скорости осаждения дисперсии в интервале концентраций 0,5‒3,0 мг/г в большей степени для анионного сополимера. В присутствии аминосодержащего ПАВ скорость осаждения при введении полимеров увеличивается в 1,1‒1,3 раза по сравнению с дисперсиями без ПАВ. На примере анионного сополимера показано, что адсорбция амина и скорость осаждения дисперсии увеличивается с ростом молекулярной массы полимера. Установлено, что на адсорбцию амина также оказывают влияние концентрации анионного сополимера и рН среды. На основании полученных данных разработан эффективный способ очистки водно-солевых растворов от аминосодержащих ПАВ и солей магния (степень очистки 99,5‒99,8 %), который может быть использован на горно-перерабатывающих предприятиях